臺(tái)風(fēng)與微地形綜合影響下的500 kV輸電鐵塔倒塌分析*

張宏杰 羅克偉 李揚(yáng)森 翁蘭溪

(1.中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司, 北京 100055; 2.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司, 福州 350003;3.福建省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司, 福州 350003)

0 引 言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高,輸電鐵塔設(shè)計(jì)安全裕度也隨之有所提升,一般良態(tài)氣候強(qiáng)風(fēng)已難于通過短時(shí)作用對(duì)其造成破壞。但是,臺(tái)風(fēng)等極端氣候發(fā)生時(shí),即使是設(shè)計(jì)重現(xiàn)期50 a的高電壓等級(jí)輸電線路,也仍然存在遭受破壞的危險(xiǎn)。1614號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”于2016年9月15日凌晨2點(diǎn)左右登陸福建廈門,重創(chuàng)廈門電網(wǎng)。造成廈門地區(qū)6座220 kV變電站、21條220 kV線路、45座110 kV變電站、52條110 kV線路、10 743臺(tái)配電變壓器、713條10 kV線路停運(yùn),停電用戶達(dá)55.22萬(wàn)戶。與以往臺(tái)風(fēng)災(zāi)害不同的是,在其他臺(tái)風(fēng)中少有破壞的500 kV輸電線路鐵塔[1],在本次臺(tái)風(fēng)過境后倒塔5基。通過現(xiàn)場(chǎng)事故調(diào)查分析,發(fā)現(xiàn)這些鐵塔均位于山區(qū),且靠近山峰。其他臨近500 kV輸電線路未出現(xiàn)倒塔現(xiàn)象。初步的現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害分析顯示,單純提高驗(yàn)算風(fēng)速無法解釋同一塔型為何沒有全部發(fā)生破壞,破壞形態(tài)也不完全一致,反映出部分設(shè)計(jì)參數(shù)還不夠精確、驗(yàn)算工況不夠全面等問題。

結(jié)構(gòu)破壞原因只可能來源于兩個(gè)大的方面,一是結(jié)構(gòu)本身的抗力計(jì)算方法不當(dāng),導(dǎo)致高估了結(jié)構(gòu)的真實(shí)承載能力;二是結(jié)構(gòu)使用過程中實(shí)際經(jīng)受的外荷載高于設(shè)計(jì)荷載。在輸電線路結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算和風(fēng)荷載計(jì)算這兩個(gè)方面,國(guó)內(nèi)外學(xué)者均開展了較多研究工作。

在輸電線路結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算方法方面,目前,輸電線路設(shè)計(jì)主要借助TTA[2]、道亨[3]等設(shè)計(jì)軟件來實(shí)現(xiàn)。王璋奇指出,這些軟件都是基于滿應(yīng)力設(shè)計(jì)理論,應(yīng)當(dāng)基于極限設(shè)計(jì)理論,以鐵塔整體破壞而非單個(gè)桿件破壞為設(shè)計(jì)指標(biāo)[4]。熊鐵華等基于結(jié)構(gòu)總剛度矩陣是否奇異來判斷結(jié)構(gòu)是否失效,計(jì)算了與之對(duì)應(yīng)的鐵塔結(jié)構(gòu)整體極限抗力[5]。按照整體極限抗力設(shè)計(jì)的鐵塔更為經(jīng)濟(jì),但現(xiàn)階段電力行業(yè)設(shè)計(jì)者普遍認(rèn)為,滿應(yīng)力設(shè)計(jì)更好地滿足了設(shè)計(jì)安全性要求。因此,分析結(jié)構(gòu)抗力時(shí),偏于安全地按照現(xiàn)行滿應(yīng)力設(shè)計(jì)方法計(jì)算鐵塔桿件應(yīng)力。

在輸電線路外荷載計(jì)算方面,雖然現(xiàn)階段輸電塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)荷載已經(jīng)考慮的相對(duì)全面[6],而且在設(shè)計(jì)過程中也涉及了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和塔線耦合情況[7-8],但是部分設(shè)計(jì)參數(shù)還不夠精確、驗(yàn)算工況也不夠全面[9-10]。我國(guó)輸電線路荷載規(guī)范主要是由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范引伸而來,輸電線路山區(qū)的風(fēng)場(chǎng)特征與平原、城市地區(qū)存在較大差異。較為可行的方式為通過仿真分析獲取山區(qū)等微地形條件下的風(fēng)場(chǎng)特性[11-14]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者均已開展了較多研究工作[15-16],山區(qū)風(fēng)場(chǎng)仿真分析技術(shù)較為成熟。

此外,隨著臺(tái)風(fēng)實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)的不斷積累,臺(tái)風(fēng)近地邊界層特性不斷涌現(xiàn)新的研究成果,學(xué)者們提出了臺(tái)風(fēng)不同重現(xiàn)期極值風(fēng)速[17],分析了臺(tái)風(fēng)風(fēng)剖面特性[18]以及脈動(dòng)風(fēng)速特性[19-22]。An等采用改進(jìn)遺傳算法求解臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)模型,分析了2014年超級(jí)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”(Rammasun)造成兩座95 m高跨河塔倒塌成因[23]。但是,由于臺(tái)風(fēng)變異性強(qiáng)烈,且按照全線提升抗臺(tái)風(fēng)能力的設(shè)計(jì)思路成本過高,這些研究成果尚無法形成性價(jià)比較高的抗臺(tái)風(fēng)設(shè)計(jì)方法。目前,較為可行的做法是開展特定臺(tái)風(fēng)工況下的輸電線路荷載驗(yàn)算與分析,并基于輸電鐵塔在特定荷載工況下的受力特性,進(jìn)行針對(duì)性的加固補(bǔ)強(qiáng)[24]。

通過開展詳細(xì)的氣象收資、數(shù)據(jù)分析、仿真模擬和力學(xué)分析,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)破壞情況比對(duì)力學(xué)分析結(jié)果,確定了最為合理的破壞工況。同時(shí),也反映出當(dāng)前輸電線路在應(yīng)對(duì)極端風(fēng)災(zāi)方面,還存在一些有待完善之處,許多科研成果有待引入到輸電線路設(shè)計(jì)和校核驗(yàn)算中。

1 工程背景簡(jiǎn)介

1.1 受損線路500 kV漳泉II路設(shè)計(jì)概況

發(fā)生倒塔事故的線路段為500 kV漳泉II回120～128號(hào)段,屬福建省典型氣象區(qū)I-1區(qū),主要設(shè)計(jì)氣象條件為設(shè)計(jì)風(fēng)速35 m/s(30年一遇,平均離地高度20 m),最低溫度-5 ℃,覆冰厚度0 mm。線路走向北偏東47°。

經(jīng)查閱原設(shè)計(jì)圖紙,500 kV漳泉II回線路導(dǎo)線采用4×LGJ-400/35型鋼芯鋁絞線,安全系數(shù)為2.5,平均運(yùn)行應(yīng)力為其破斷力的25%,為59.1 MPa;地線兩根均采用GJ-80型鍍鋅鋼絞線,安全系數(shù)為4.65。

1.2 受損線路現(xiàn)場(chǎng)破壞情況

臺(tái)風(fēng)造成漳泉II路126號(hào)(塔型ZMV522-36)和127號(hào)(塔型ZMV522-33)鐵塔發(fā)生了倒塔。126號(hào)和127號(hào)鐵塔的現(xiàn)場(chǎng)損毀情況分別如圖1、圖2所示,通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,漳泉II路126號(hào)塔,塔頭瓶口位置以上破壞,塔頭位置順線路方向倒塔(往小號(hào)側(cè)倒),板式基礎(chǔ)4腿未被破壞,地腳螺栓未被破壞。漳泉II路127號(hào)塔,基礎(chǔ)以上塔身整體失穩(wěn)破壞,垂直線路方向倒塔,塔腿與基礎(chǔ)連接部位角鋼完全壓彎,4個(gè)塔腿板式基礎(chǔ)未破壞,地腳螺栓未破壞。周圍樹木大量倒伏,倒伏方向大致從高處往低處,即由北往南(圖3)。

圖1 500 kV漳泉II路126號(hào)塔破壞情況Fig.1 Failure condition of No.126 tower of 500 kV Zhangquan line II

圖2 500 kV漳泉II路127號(hào)塔破壞情況Fig.2 Failure condition of No.127 tower of 500 kV Zhangquan line II

圖3 周邊樹木倒伏情況Fig.3 Fallen trees around the failed tower

1.3 基于現(xiàn)場(chǎng)破壞情況的思考

設(shè)計(jì)部門結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)破壞情況,計(jì)算風(fēng)速取為42.9 m/s,大風(fēng)與線路夾角取為0～45°。計(jì)算顯示,在0°風(fēng)偏角下,曲臂側(cè)面交叉斜材應(yīng)力達(dá)屈服應(yīng)力的140%,45°風(fēng)偏角下曲臂側(cè)面交叉斜材應(yīng)力達(dá)屈服應(yīng)力的110%～120%。推測(cè)126號(hào)塔在0～45°風(fēng)作用下,塔頭曲臂側(cè)面交叉斜材失穩(wěn),導(dǎo)致塔頭破壞。推測(cè)127號(hào)塔破壞瞬間,在90°風(fēng)偏角作用下,塔身主材、塔腳斜材位置構(gòu)件應(yīng)力超限導(dǎo)致倒塔。上述力學(xué)分析貌似很好地解釋了兩基塔的破壞成因,但在同一耐張段內(nèi),其他同類型、同批次、同標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的輸電鐵塔,在相隔不到1 000 m的范圍內(nèi),并沒有全部出現(xiàn)破壞,可見倒塔原因有待深入研究。

2 臺(tái)風(fēng)倒塔發(fā)生時(shí)風(fēng)速風(fēng)向的確定

臺(tái)風(fēng)是一種隨時(shí)間和空間劇烈變化的風(fēng)場(chǎng),隨著臺(tái)風(fēng)的移動(dòng),輸電線路所遭受的風(fēng)速、風(fēng)向時(shí)時(shí)刻刻都在變化。如何確定倒塔發(fā)生時(shí)的準(zhǔn)確風(fēng)速、風(fēng)向,是能否掌握臺(tái)風(fēng)作用下輸電線路真實(shí)風(fēng)荷載的關(guān)鍵。本文收集了1 111個(gè)福建氣象臺(tái)站在臺(tái)風(fēng)生成至登陸的72 h內(nèi)(2016年9月14日0時(shí)至2016年9月16日23時(shí))的最大10 min平均風(fēng)速(樣本時(shí)間間隔1 h)、風(fēng)向數(shù)據(jù),以及對(duì)應(yīng)風(fēng)向和氣象臺(tái)站經(jīng)度、緯度數(shù)據(jù),繪制了臺(tái)風(fēng)中心、127號(hào)倒塌鐵塔在風(fēng)速、風(fēng)向矢量場(chǎng)中的空間位置關(guān)系,由此判斷選取臨近氣象臺(tái)站風(fēng)速風(fēng)向的數(shù)據(jù),作為倒塔分析的輸入條件。

圖4 臨近倒塔時(shí)刻塔位處風(fēng)速風(fēng)向矢量場(chǎng)Fig.4 The vector field of wind speed and wind direction near thetower position when close to tower collapse

圖4給出了臨近倒塔時(shí)刻塔位處風(fēng)速風(fēng)向矢量場(chǎng)。在圖4中,箭頭指示方向?yàn)轱L(fēng)向,箭頭越長(zhǎng)表示風(fēng)速越大。由圖4可知,臨近倒塔時(shí)刻,倒塌鐵塔附近氣象臺(tái)站記錄到的最大風(fēng)速出現(xiàn)在F2188站(藍(lán)色箭頭,E118.0445,N24.3331)和F2185站(紅色箭頭,E118.0424,N24.2951),且風(fēng)向?yàn)橛杀毕蚰洗?與現(xiàn)場(chǎng)鐵塔倒塌的方向一致。

圖5給出了F2188站和F2185站在臺(tái)風(fēng)登陸期間的風(fēng)速、風(fēng)向隨時(shí)間變化曲線,由圖可知,臨近倒塔時(shí)刻,F2188站采集到的最大10 min平均風(fēng)速為32.1 m/s,風(fēng)向344°;F2185站采集到的最大10 min平均風(fēng)速為41.7 m/s,風(fēng)向320°。這兩個(gè)臺(tái)站的風(fēng)速風(fēng)向都符合造成鐵塔破壞的必備條件,以這兩種風(fēng)場(chǎng)作為邊界條件,均需開展鐵塔受力分析。

a—F2188站; b—F2185站。圖5 F2188和F2185站風(fēng)速、風(fēng)向曲線Fig.5 Relations between wind speed and winddirection of F2188 and F2185

3 臺(tái)風(fēng)和微地形共同作用下鐵塔受力分析參數(shù)取值

3.1 校核驗(yàn)算相關(guān)參數(shù)取值

根據(jù)上述分析,結(jié)合臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)特性的既有研究結(jié)論,確定了開展倒塔分析的相關(guān)參數(shù)取值如下:

1)設(shè)計(jì)風(fēng)速。需要進(jìn)行驗(yàn)算的工況分別為F2188站采集到的最大10 min平均風(fēng)速為32.1 m/s;F2185站采集到的最大10 min平均風(fēng)速為41.7 m/s。

2)角度風(fēng)夾角。F2188站采集到的32.1 m/s風(fēng)速對(duì)應(yīng)的風(fēng)向?yàn)?44°,在地理坐標(biāo)系下,其與線路走向的夾角為62°,角度風(fēng)夾角取為60°;F2185站采集到的41.7 m/s風(fēng)速對(duì)應(yīng)的風(fēng)向?yàn)?20°,在地理坐標(biāo)系下,其與線路走向的夾角為87°,角度風(fēng)夾角取為90°。角度風(fēng)夾角示意如圖6所示。

圖6 輸電線路角度風(fēng)夾角示意Fig.6 Inclusion angles between transmission line and wind direction

3)風(fēng)剖面系數(shù)。因相關(guān)收資工作沒有收集到臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”的風(fēng)速剖面數(shù)據(jù),根據(jù)文獻(xiàn)[18-19]的研究成果,建議偏保守地取為0.12。

4)10 m高度湍流強(qiáng)度。因相關(guān)收資工作沒有收集到臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”的10 m高度處湍流強(qiáng)度,依據(jù)文獻(xiàn)[20-21]給出的修正建議,取為1.24倍的非臺(tái)風(fēng)區(qū)湍流強(qiáng)度。

5)塔位處的風(fēng)速加速比。為反映微地形對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)速的影響,對(duì)漳泉II路127號(hào)鐵塔周邊微地形風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了模擬(圖7)。

a—微地形風(fēng)場(chǎng)仿真區(qū)域; b—風(fēng)向角的定義。圖7 微地形風(fēng)場(chǎng)仿真區(qū)域與風(fēng)向角定義Fig.7 Simulation region and wind direction angledefinition of micro-topography wind field

使用Google Earth獲取地形底面的高程數(shù)據(jù),取樣間隔30 m,共計(jì)獲得43 381個(gè)離散高程點(diǎn)。將其導(dǎo)入逆向工程軟件Global mapper,擬合四階地形曲面,然后將曲面導(dǎo)入網(wǎng)格劃分平臺(tái)ICEM,形成計(jì)算域。山體表面使用三角形網(wǎng)格劃分,體網(wǎng)格生成過程中先在山體外圍邊界面生成過渡段的邊界層網(wǎng)格,然后由過渡段向計(jì)算域的最外層流域生成結(jié)構(gòu)化的空間網(wǎng)格,網(wǎng)格尺寸由內(nèi)往外逐漸增大。求解域入風(fēng)口高2 000 m,寬15 000 m,計(jì)算域上游長(zhǎng)度7 500 m,下游長(zhǎng)度9 500 m。體網(wǎng)格采用混合網(wǎng)格,體網(wǎng)格單元總數(shù)283萬(wàn)個(gè)(圖8a)。流域頂部和兩側(cè)采用對(duì)稱邊界條件(symmetry)。出流面采用壓力出流邊界條件(pressure-outlet)。建筑群表面和山體地面采用無滑移的壁面條件(wall)。采用非平衡壁面函數(shù)模擬近壁面流動(dòng),且在地面引入粗糙壁面修正(圖8b)。

a—網(wǎng)格劃分; b—流場(chǎng)邊界。圖8 微地形風(fēng)場(chǎng)網(wǎng)格劃分與流場(chǎng)邊界Fig.8 Meshing and flow boundary of micro topography wind field

經(jīng)仿真計(jì)算,提取了127號(hào)鐵塔所在位置與入流邊界風(fēng)速的比值,這個(gè)比值定義為風(fēng)速加速比。127號(hào)鐵塔在各個(gè)風(fēng)向角下的風(fēng)速加速比如圖9所示。

圖9 127號(hào)鐵塔10 m高度處風(fēng)速加速比雷達(dá)Fig.9 Radar chart of wind speed-upratio at 10 m height of No.127 tower

為確保結(jié)果可靠,委托其他單位同步開展了該塔位處的對(duì)比仿真分析,兩組仿真結(jié)果在各個(gè)風(fēng)向角下基本一致,尤其是在330°和345°兩個(gè)角度下的結(jié)果十分接近。

表1給出了344°和320°來流風(fēng)向上的風(fēng)速加速比。對(duì)表1分析可知,受局部地形影響,344°風(fēng)向上,鐵塔高度范圍內(nèi)的風(fēng)速加速比系數(shù)大于1,體現(xiàn)了山地對(duì)風(fēng)速的加速效應(yīng),而在320°風(fēng)向上,鐵塔高度范圍內(nèi)的風(fēng)速加速比系數(shù)小于1,體現(xiàn)了山地對(duì)風(fēng)速的遮擋效應(yīng)。

表1 344°和320°來流風(fēng)向上的風(fēng)速加速比Table 1 Wind speed-up ratios at 344°and320°wind direction

3.2 臺(tái)風(fēng)作用下鐵塔導(dǎo)地線計(jì)算

1)風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz按下式計(jì)算:

(1)

式中:HG為與實(shí)際地貌類型對(duì)應(yīng)的梯度風(fēng)高度;α為風(fēng)剖面系數(shù)。

2)桿塔風(fēng)振系數(shù)βz按下式計(jì)算:

(2)

式中:g為峰值因子;I10為10 mm高度處湍流強(qiáng)度;Bz為背景響應(yīng)分量;R為共振響應(yīng)分量。

在進(jìn)行原設(shè)計(jì)工況校核,即常規(guī)風(fēng)桿塔風(fēng)荷載計(jì)算時(shí),α與I10取值按照設(shè)計(jì)文件假定的地貌類型確定,α取為0.15,10 m高度處的湍流度I10取為0.14;在進(jìn)行臺(tái)風(fēng)桿塔風(fēng)荷載計(jì)算時(shí),α與I10分別取為0.12和0.174。

3)塔身風(fēng)荷載計(jì)算:

塔身正側(cè)面風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Wsa、Wsb按式(3)計(jì)算,塔身風(fēng)荷載一般根據(jù)風(fēng)壓分段(圖10),由鐵塔分析程序計(jì)算,式中參數(shù)詳見文獻(xiàn)[6]第10.1.19節(jié)。

(3)

4)導(dǎo)地線風(fēng)荷載計(jì)算:

導(dǎo)地線風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按式(4)計(jì)算,導(dǎo)地線風(fēng)荷載一般采用電氣荷載計(jì)算表格進(jìn)行計(jì)算,式中參數(shù)物理意義詳見文獻(xiàn)[6]第10.1.18節(jié)。

Wx=αcW0μzμscβcB1dLpsin2θ

(4)

5)角度風(fēng)分配:

考慮輸電線路與實(shí)際風(fēng)向的角度風(fēng)作用,按照文獻(xiàn)[6]角度風(fēng)相關(guān)規(guī)定分別計(jì)算各角度風(fēng)作用下塔身和導(dǎo)地線風(fēng)荷載。

圖10 127號(hào)鐵塔風(fēng)壓分段示意 mmFig.10 The schematic diagram of wind pressuresection of No.127 tower

4 臺(tái)風(fēng)與微地形綜合影響下的127號(hào)鐵塔受力分析

本文采用道亨分析軟件開展了4種工況的鐵塔受力計(jì)算。計(jì)算所得鐵塔桿件應(yīng)力比分布分別如圖11所示。鐵塔桿件應(yīng)力比即桿件在荷載作用下的實(shí)際應(yīng)力與桿件屈服應(yīng)力的比值。

Case1:127號(hào)鐵塔原設(shè)計(jì)大風(fēng)工況受力分析。

Case2:345°風(fēng)向角下不考慮微地形影響鐵塔受力分析(對(duì)應(yīng)60°角度風(fēng))。

Case3:345°風(fēng)向角下考慮微地形影響鐵塔受力分析(對(duì)應(yīng)60°角度風(fēng))。

Case4:320°風(fēng)向角下考慮微地形影響鐵塔受力分析(對(duì)應(yīng)90°角度風(fēng))。

綜合對(duì)比分析以上4種工況的鐵塔應(yīng)力比分布情況,可得如下規(guī)律:

1)臺(tái)風(fēng)荷載與原設(shè)計(jì)大風(fēng)工況對(duì)比。

臺(tái)風(fēng)風(fēng)速達(dá)到了32.1 m/s,雖然略微超過了原設(shè)計(jì)大風(fēng)工況下的風(fēng)速31.3 m/s,使得鐵塔桿件應(yīng)力比最大達(dá)到了94.6%,但桿件仍處于安全范圍之內(nèi),說明即使是處于臺(tái)風(fēng)10級(jí)風(fēng)圈范圍內(nèi)的輸電鐵塔,其設(shè)計(jì)安全裕度在多數(shù)情況下仍是足夠的,絕大多數(shù)鐵塔不會(huì)發(fā)生破壞。

a—Case1; b—Case2; c—Case3; d—Case4。圖11 鐵塔桿件應(yīng)力比Fig.11 Stress ratios of tower members

2)臺(tái)風(fēng)荷載與微地形加速效應(yīng)的疊加影響。

a.除臺(tái)風(fēng)風(fēng)速增加、風(fēng)切變加劇、高湍流度的影響以外,127號(hào)鐵塔還受到周邊微地形對(duì)塔身和導(dǎo)地線風(fēng)荷載的影響,并最終導(dǎo)致了塔腿部位的斜材和主材都出現(xiàn)了應(yīng)力比超限的情況,其最大應(yīng)力比達(dá)到了屈服應(yīng)力的112.5%,進(jìn)而發(fā)生塔腿部位的破壞。b.從導(dǎo)致鐵塔倒塌的風(fēng)向來看,345°來流風(fēng)作用下的鐵塔和周邊樹木都將由北向南倒伏,形成了從山坡頂部向山坡底部倒塔的破壞形態(tài)。c.127號(hào)鐵塔倒塌后,與其直接相鄰的126號(hào)鐵塔在斷線不平衡張力和沖擊力的作用下,發(fā)生了塔頭上曲臂位置處的破壞,這與現(xiàn)場(chǎng)觀察到的126號(hào)鐵塔破壞形式一致。

3)臺(tái)風(fēng)荷載與微地形遮擋效應(yīng)的疊加影響。

雖然320°風(fēng)向角下對(duì)應(yīng)的臺(tái)風(fēng)風(fēng)速達(dá)到了41.7 m/s,但這一風(fēng)向角下127號(hào)鐵塔恰恰處于山體下游的遮擋區(qū)域內(nèi),風(fēng)速加速比小于1,鐵塔桿件應(yīng)力比反而比設(shè)計(jì)大風(fēng)工況還要小,也說明忽略微地形效應(yīng)僅憑氣象臺(tái)站提供的風(fēng)速判斷鐵塔是否危險(xiǎn)是不合理的。

5 結(jié) 論

本文旨在通過分析臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”造成的127號(hào)鐵塔倒塌成因,提高沿海臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)輸電線路設(shè)計(jì)過程中,對(duì)于臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)特異性和微地形加速共同影響的重視程度,推動(dòng)微地形風(fēng)場(chǎng)仿真技術(shù)在鐵塔受力及致災(zāi)機(jī)理分析中的應(yīng)用。

本文通過收集分析“莫蘭蒂”發(fā)生時(shí)福建沿海氣象臺(tái)站風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù),確定了誘發(fā)倒塔的風(fēng)速風(fēng)向信息。而后通過倒塔塔位處微地形風(fēng)場(chǎng)CFD仿真分析,獲取了127號(hào)塔塔位處的風(fēng)速加速比,開展了鐵塔在臺(tái)風(fēng)和微地形影響下的受力分析和破壞形式分析。所得結(jié)論主要包括:

1)從氣象要素看,必須通過綜合比對(duì)倒塔位置、倒塌發(fā)生時(shí)間與臺(tái)風(fēng)路徑和風(fēng)速數(shù)據(jù),才能鎖定符合127號(hào)鐵塔倒塌必要條件的氣象臺(tái)站,以及對(duì)應(yīng)臺(tái)風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)向信息。

2)從地形要素看,127號(hào)鐵塔在北向來流風(fēng)作用時(shí),多數(shù)情況下風(fēng)速加速比小于1,僅在345°風(fēng)向角下,由于處在兩個(gè)小山峰的中間缺口處,導(dǎo)致10 m高度處風(fēng)速加速比達(dá)到了1.112,正是這一風(fēng)向角下的加速效應(yīng),疊加臺(tái)風(fēng)影響,導(dǎo)致了鐵塔塔腿主材受力超限,并最終北向倒伏。